(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉する弁ステム；
この弁ステムの軸上に位置し、該弁ステムに対して相対移動可能な作動部材；及び
上記弁ステムと作動部材との間に介在させた、該作動部材の移動速度を減速し倍力して弁ステムに伝達する倍力機構；
を有する倍力開閉弁において、
上記倍力機構は、
上記作動部材の軸部に位置し、弁ステム側に向けて縮径する縮径部を有する伝達ロッド；
上記弁ステムに連係する押圧部材；
この押圧部材と、該押圧部材を可動に支持するハウジングとに対向させて形成した、外周に行くに従い間隔を狭める一対の運動伝達面；及び
この一対の運動伝達面及び伝達ロッドの縮径部の間に接触させて介在させた複数の径方向移動体；
を有し、さらに、
上記一対の運動伝達面、伝達ロッドの縮径部及び複数の径方向移動体は、作動部材の軸方向の移動量をＤとし、弁ステムの軸方向の移動量をｄとしたとき、２＜Ｄ／ｄ＜５０に設定されていること、
上記作動部材は、ハウジングに摺動自在に嵌めたピストン体であり、該ピストン体は、ばね手段の付勢力により弁ステムに接近する閉弁方向に移動し、空気圧力で弁ステムから離間する開弁方向に移動すること、及び
上記伝達ロッドの縮径部の形状は、次式
Ｆｓ×Ｓｐ＝Ｆｏ×Ｓｏ
（但し、Ｆｓは上記ばね手段の反力、Ｓｐは伝達ロッドの移動量、Ｆｏは押圧部材の出力、Ｓｏは押圧部材の移動量）に基づいて定められていること、
を特徴とする倍力開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の倍力開閉弁において、上記ハウジング側の運動伝達面は、押圧部材の軸線に対して直交する面であり、上記押圧部材側の運動伝達面は、円錐面である倍力開閉弁。
【請求項３】
請求項２記載の倍力開閉弁において、上記ハウジング側の運動伝達面は、該ハウジングに放射方向に向けて形成した３本以上の放射方向溝の底壁からなっており、この放射方向溝に、径方向移動体が嵌まっている倍力開閉弁。
【請求項４】
請求項２または３記載の倍力開閉弁において、上記押圧部材側の運動伝達面は、該押圧部材とは別部材からなる硬質リング体によって構成されている倍力開閉弁。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の倍力開閉弁において、上記径方向移動体は鋼球である倍力開閉弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動力を倍力して、弁体を動作させる弁ステムに伝達する倍力開閉弁（高圧弁）に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような倍力開閉弁は、従来各種が知られ、実用化されている。しかし、従来品は、大型であったり、極めて高い部品の加工精度を要求され、また、長期の使用に安定した性能を得ることが困難であった。
【特許文献１】特許第３３９２３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願人は既に、簡易な構造で安定した倍力動作ができる倍力開閉弁として特許文献１を提案し、特許を得ている。
【０００４】
本発明は、この特許文献１の倍力開閉弁よりさらに構造が簡易で大きな倍力作動ができる倍力開閉弁を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、流路を開閉する弁ステム；この弁ステムの軸上に位置し、該弁ステムに対して相対移動可能な作動部材；及び弁ステムと作動部材との間に介在させた、該作動部材の移動速度を減速し倍力して弁ステムに伝達する倍力機構；を有する倍力開閉弁において、倍力機構を、作動部材の軸部に位置し、弁ステム側に向けて縮径する縮径部を有する伝達ロッド；弁ステムに連係する押圧部材；この押圧部材と、該押圧部材を可動に支持するハウジングとに対向させて形成した、外周に行くに従い間隔を狭める一対の運動伝達面；及びこの一対の運動伝達面及び伝達ロッドの縮径部の間に接触させて介在させた複数の径方向移動体；を備え、さらに、上記一対の運動伝達面、伝達ロッドの縮径部及び複数の径方向移動体は、作動部材の軸方向の移動量をＤとし、弁ステムの軸方向の移動量をｄとしたとき、２＜Ｄ／ｄ＜５０に設定されていること、上記作動部材は、ハウジングに摺動自在に嵌めたピストン体であり、該ピストン体は、ばね手段の付勢力により弁ステムに接近する閉弁方向に移動し、空気圧力で弁ステムから離間する開弁方向に移動すること、及び上記伝達ロッドの縮径部の形状は、次式
Ｆｓ×Ｓｐ＝Ｆｏ×Ｓｏ
（但し、Ｆｓは上記ばね手段の反力、Ｓｐは伝達ロッドの移動量、Ｆｏは押圧部材の出力、Ｓｏは押圧部材の移動量）に基づいて定められていること、を特徴としている。
【０００８】
ハウジング側の運動伝達面は、例えば押圧部材の軸線に対して直交する面とし、押圧部材側の運動伝達面は、円錐面とすることができる。
【０００９】
また、ハウジング側の運動伝達面は、該ハウジングに放射方向に向けて形成した３本以上の放射方向溝の底壁とし、この放射方向溝に、径方向移動体を嵌めることで、少ない径方向移動体で倍力機構を構成することができる。
【００１０】
押圧部材側の運動伝達面は、該押圧部材とは別部材からなる硬質リング体によって構成することで、耐久性を向上させることができ、交換も可能になる。
【００１１】
径方向移動体は鋼球を用いるのが実際的である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の倍力開閉弁によれば、作動部材と一体の伝達ロッドに形成した縮径部、押圧部材とハウジングの対向する運動伝達面及びこれらの間に接触して介在する径方向移動体によって倍力機構が構成されるから、簡易な構造で全体として安価で信頼性、耐久性に優れた倍力開閉弁が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図示実施形態は、常閉型の開閉弁に本発明を適用したものである。図１に示すように、本開閉弁１０は、高圧タンク（ボンベ）に着脱されるボンベヘッド２０とハウジング（シリンダ）３０を備えている。
【００１５】
ボンベヘッド２０には、高圧タンクへのねじ込み接続突起２１と、取出ねじ突起２２が設けられており、このねじ込み接続突起２１内の流路２１ａと取出ねじ突起２２内の流路２２ａとの連通部分に位置させて、流路２１ａの軸心を中心とする環状弁座２３が形成されている。この環状弁座２３には、該環状弁座２３より軟質でシール性の高い環状のバルブシート２５が埋込固定されている。バルブシート２５は、例えばＰＣＴＦＥから構成される。
【００１６】
ボンベヘッド２０には、流路２１ａと同一の軸線上に、金属ダイヤフラム２８を挟んでリテーナ２７が螺合固定されており、このリテーナ２７に、金属ダイヤフラム２８を挟んで環状弁座２３（バルブシート２５）に対して接離移動する開閉弁体２４が抜け止められた状態で摺動自在に嵌められている。金属ダイヤフラム２８は、開閉弁体２４を移動可能としつつ、該開閉弁体２４が環状弁座２３（バルブシート２５）に押し付けられたときには、流路２１ａ、２２ａの連通を遮断する（バルブを閉じる）。この開閉弁体２４の図１の上端（環状弁座２３とは反対側の端部）は外力入力端２４Ａを構成している。
【００１７】
ハウジング３０は、ロックリング３１によって結合されるアッパハウジング（アッパシリンダ）３２とロアハウジング（ロアシリンダ）３３からなっており、ロアハウジング３３は、リテーナ２７に螺合固定されている。ロアハウジング３３（ハウジング３０）は、リテーナ２７（ボンベヘッド２０）に対して着脱可能である。
【００１８】
ハウジング３０（ロアハウジング３３）には、Ｏリング３４Ａを介してピストン体（作動部材）３４が摺動自在にかつ気密に嵌められており、このピストン体３４は、該ピストン体３４とアッパハウジング３２との間に挿入した圧縮ばね３５によって開閉弁体２４方向に移動付勢されている。ピストン体３４には、その軸部に、伝達ロッド３６が固定されており、この伝達ロッド３６は、すべり軸受３７及びＯリング３８を介してハウジング３０（ロアハウジング３３）に摺動自在にかつ気密に支持されている。ピストン体３４とロアハウジング３３の間には、圧力室３９が画成されており、この圧力室３９には、圧縮空気源４０Ａ、レギュレータ４０Ｂ及び切替弁４０Ｃを介して、所望圧力の圧縮空気が供給される。
【００１９】
ハウジング３０（ロアハウジング３３）には、図１の下端部（開閉弁体２４側の端部）に、抜止リング４１によって抜け止められた押圧部材４２が摺動自在に嵌められている。この押圧部材４２の下端部は、開閉弁体２４の外力入力端２４Ａに当接する出力端４２Ａを構成する。
【００２０】
伝達ロッド３６の下端部（押圧部材４２側の端部）には、開閉弁体２４側に向けて縮径する縮径部３６Ａが形成されており、押圧部材４２とロアハウジング３３には、この縮径部３６Ａの周囲に位置させて、互いに離隔する運動伝達面４２Ｂと運動伝達面３３Ａが形成されている。ロアハウジング３３側の運動伝達面３３Ａは固定であり、押圧部材４２側の運動伝達面４２Ｂは可動である。
【００２１】
伝達ロッド３６の縮径部３６Ａは、この実施形態では球面の一部（または非球面）からなっている。可動の運動伝達面４２Ｂは、押圧部材４２（伝達ロッド３６）の軸線に直交する面であり、固定の運動伝達面３３Ａは、運動伝達面４２Ｂとの間隔を外周に行くに従って狭くする、同軸線を中心とする円錐面の一部からなっている。運動伝達面４２Ｂは、図３、図４に示すように、押圧部材４２に等角度間隔で３本形成した放射方向溝４２Ｃの底面として形成されており、各放射方向溝４２Ｃに、鋼球（径方向移動体、スチールボール）４３が転動自在に嵌まっている。放射方向溝４２Ｃは、Ｖ字断面溝４２Ｃ（Ｖ）（図４（Ａ））、円弧断面溝４２Ｃ（Ｒ）（図４（Ｂ））等の任意形状を用いることができる。鋼球４３は、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａ、一対の運動伝達面３３Ａ、４２Ｂの全てに同時に接触する。また、運動伝達面３３Ａは、ロアハウジング３３とは別部材から構成した耐摩耗性に優れた硬質リング体３３Ｂに形成されていて、この硬質リング体３３Ｂがロアハウジング３３に固定されている。伝達ロッド３６、押圧部材４２及び硬質リング体３３Ｂは、例えば、焼入可能なＳＵＪ２、ＳＵＳ４４０Ｃ等から構成されている。押圧部材４２の軸部には、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａが進退する逃げ凹部４２Ｄが形成されている。
【００２２】
上記構成の本開閉弁は次のように動作する。図２の右端は、ハウジング３０をボンベヘッド２０から外した状態を示しており、ピストン体３４は、圧縮ばね３５の力により、下降端位置にある。ピストン体３４が下降端にあると、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａが鋼球４３を径方向外方に押し出し、運動伝達面３３Ａと運動伝達面４２Ｂの間隔は外方に行くに従い狭まっているので、鋼球４３により押圧部材４２が下方に押されて同様に下降端に位置している。
【００２３】
このハウジング３０（ロアハウジング３３）をボンベヘッド２０のリテーナ２７に螺合して装着すると、圧縮ばね３５の力により、押圧部材４２の出力端４２Ａが外力入力端２４Ａを介して開閉弁体２４を下方に押す。すると、金属ダイヤフラム２８が環状弁座２３（バルブシート２５）に着座して流路２１ａと流路２２ａ間の流路を閉じる（ボンベを閉じる）。図１はこの閉弁状態を示している。なお、図２の中央部の２つの図のうち、左方は新品のバルブシート２５による閉弁状態、右方は、バルブシート２５が摩耗限界に達したときの閉弁状態を示している。摩耗限界（バルブシート２５が摩耗しても閉弁状態を維持することができる限界量）は、適宜量に設定する。
【００２４】
本実施形態では、この圧縮ばね３５による閉弁力を倍力して押圧部材４２（開閉弁体２４）に伝達することができる。つまり、図５に示すように、縮径部３６Ａ、運動伝達面３３Ａ及び運動伝達面４２Ｂの作用により、伝達ロッド３６の移動量Ｄに対し、押圧部材４２を移動量Ｄより小さい移動量ｄだけ移動させることができるため（Ｄ＞ｄ）、開閉弁体２４のバルブシート２５を強い力で環状弁座２３に押し付け、閉弁することができる。倍力比Ｄ／ｄは、運動伝達面３３Ａと運動伝達面４２Ｂの角度、及び縮径部３６Ａの角度によって自由に設定することができる。具体的には、この倍力比Ｄ／ｄの値を２から５０程度に設定することができる。図示例では、Ｄ／ｄの値は各ストローク点で変化しており、Ｄ／ｄ＝６〜１１に設定している。運動伝達面３３Ａと４２Ｂは、その間隔が外周に行くに従い滑らかに減少する関係であればよく、例えば、図示例とは異ならせて、運動伝達面３３Ａを軸線と直交する面とし、運動伝達面４２Ｂを円錐面とすることができ、両者を円錐面としてもよい。
【００２５】
図２では、ピストン体３６のバルブ全開状態（図２左端の図）からバルブ閉止点（図２左から２番目の図）までの移動量をＡ、同バルブ閉止点からバルブシート摩耗限界（図２右から２番目の図）までの移動量をＢ、同摩耗限界から自由状態（図２右端の図）までの移動量をＣとしたとき、それぞれの区間での押圧部材４２の移動量をａ、ｂ、ｃと表しており、Ａ＞ａ、Ｂ＞ｂ、Ｃ＞ｃである。
【００２６】
図６は、押圧部材４２（開閉弁体２４）のストローク（ｍｍ）と出力（ｋＮ）の一例を示すグラフである。この例では、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａを球面の一部（または非球面）から構成することにより、バルブ閉止点からバルブシート摩耗限界まで、ほぼ一定の閉弁力を得ている。
【００２７】
より具体的には、伝達ロッド３６の縮径部３６Ａの形状は、Ｆｓ；その位置でのばね反力、Ｓｐ；伝達ロッド３６の移動量、Ｆｏ；押圧部材４２の出力、Ｓｏ；押圧部材４２の移動量として、次式に基づいて定める。
Ｆｓ×Ｓｐ＝Ｆｏ×Ｓｏ
すなわち、ピストン体３４（伝達ロッド３６）を最上端から単位量ずつ下降させるとその位置でのばね反力が求められる。そして、希望出力を定めれば、上記の式から押圧部材４２の移動量が求められるから、運動伝達面３３Ａと４２Ｂの角度から鋼球４３の径方向の移動量を求め、各点の鋼球４３と鋼球４３の接線をつないで縮径部３６Ａの形状を定める。
【００２８】
開弁するには、圧縮空気源４０Ａ、レギュレータ４０Ｂ及び切替弁４０Ｃを介して、調圧された圧縮空気を圧力室３９に導けばよい。圧縮空気圧による力が圧縮ばね３５の力に打ち勝つと、ピストン体３４と伝達ロッド３６が上昇し、閉弁力が消失するため、ボンベ内の高圧気体の圧力で開閉弁体２４が開弁方向に移動し、開閉弁体２４（金属ダイヤフラム２８）が環状弁座２３（バルブシート２５）から離れる結果、開弁し、ボンベ内の圧縮気体を流路２１ａから流路２２ａ（取出ねじ突起２２に螺合された高圧気体使用機器）に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による倍力開閉弁の一実施形態を示す、閉弁状態の縦断面図である。
【図２】同倍力開閉弁の異なる開弁（閉弁）状態を示す、図１の上部のみを取り出して描いた断面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図１、図２の倍力開閉弁のハウジングの運動伝達面、押圧部材の運動伝達面、伝達ロッドの縮径部及び径方向移動体（鋼球）部分の詳細を示す拡大断面図である。
【図６】本発明による倍力開閉弁の作動部材（ピストン体）のストロークと出力の関係の好ましい例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  開閉弁
２０  ボンベヘッド
２１  ねじ込み接続突起
２２  取出ねじ突起
２１ａ  ２２ａ  流路
２３  環状弁座
２４  開閉弁体
２４Ａ  外力入力端
２５  バルブシート
２７  リテーナ
２８  金属ダイヤフラム
３０  ハウジング
３２  アッパハウジング
３３  ロアハウジング
３３Ａ  運動伝達面
３３Ｂ  硬質リング体
３４  ピストン体（作動部材）
３４Ａ  Ｏリング
３５  圧縮ばね
３６  伝達ロッド
３６Ａ  縮径部
３７  すべり軸受
３８  Ｏリング
３９  圧力室
４０Ａ  圧縮空気源
４０Ｂ  レギュレータ
４０Ｃ  切替弁
４１  抜止リング
４２  押圧部材
４２Ａ  出力端
４２Ｂ  運動伝達面
４２Ｃ  放射方向溝
４３  鋼球（径方向移動体）
【図１】
0005185692.tif 000002
【図２】
0005185692.tif 000003
【図３】
0005185692.tif 000004
【図４】
0005185692.tif 000005
【図５】
0005185692.tif 000006
【図６】
0005185692.tif 000007